Encontrando vida que não podemos imaginar

Como pesquisamos por vida alienígena se ela não se parece em nada com aquilo que conhecemos? No TEDxUIUC, Christoph Adami demonstra como ele usa sua pesquisa sobre vida artificial -- programas computadorizados de auto-replicação -- para encontrar uma assinatura, um "biomarcador", livre de nossas preconcepções do que é vida.

Tenho uma estranha carreira.

Sei disso porque as pessoas chegam-se a mim, como os colegas,

e dizem: "Chris, você tem uma estranha carreira."

(Risadas)

E posso entender seu ponto de vista,

porque comecei minha carreira

como um físico nuclear teórico.

E pensava em quarks e glúons

e colisões de íons pesados,

e eu tinha apenas 14 anos.

Não, não, eu não tinha 14 anos.

Mas depois disso,

eu realmente tinha meu laboratório próprio

no departamento de neurociência computacional,

e não fazia nenhuma neurociência.

Mais tarde, eu trabalharia com genética evolucionária

e trabalharia com sistemas de biologia.

Mas vou falar sobre outra coisa hoje.

Vou contar-lhes

como aprendi algo sobre vida.

Eu era, na verdade, um cientista de foguetes.

Eu não era realmente um cientista de foguetes,

mas estava trabalhando

no Laboratório de Propulsão a Jato

na ensolarada Califórnia, onde é quente;

enquanto que agora estou no meio Oeste,

e é frio.

Mas foi uma experiência excitante.

Um dia um gerente da NASA veio ao meu escritório,

sentou-se e disse:

"Você poderia, por favor, dizer-nos

como procuramos por vida fora da Terra?"

E aquilo foi uma surpresa para mim,

porque, de fato, eu fui contratado

para trabalhar em computação quântica.

Mesmo assim, eu tinha uma boa reposta.

Disse: "Não faço ideia."

E ele me disse: "Bioassinaturas,

precisamos procurar por uma bioassinatura."

E eu disse: "O que é isso?"

E ele disse: "É qualquer fenômeno mensurável

que nos permita indicar

a presença de vida."

E eu disse: "Verdade?

Porque não é tão fácil?

Quero dizer, temos vida.

Você não pode aplicar uma definição,

como por exemplo, uma definição de vida, como da Suprema Corte?"

Então pensei um pouco nisso e disse:

"Bem, é assim tão fácil?

Porque, sim, se você vê algo como isto,

então, tudo bem, vou chamá-lo de vida --

nenhuma dúvida sobre isso.

Mas aqui há algo."

E ele continua: "Certo, isso é vida também. Sei disso."

Exceto que, se você pensa que vida é também definida

por coisas que morrem,

você não tem muita sorte com essa coisa,

porque esse é realmente um organismo muito estranho.

Cresce assim para o estágio adulto

e então vai para um período Benjamin Button

e, na verdade, retrocede e retrocede

até ficar como um pequeno embrião novamente,

então realmente cresce, encolhe, cresce - tipo ioiô --

e nunca morre.

Então é realmente vida,

mas não é realmente

como pensamos que vida seja.

Então você vê algo como isso.

E ele pensava: "Meu Deus, que tipo de forma de vida é isso?"

Alguém sabe?

Não é realmente vida, é um cristal.

Então, uma vez que você começa a olhar e observar

coisas cada vez menores --

então essa pessoa em particular

escreveu um artigo inteiro e disse: "Ei, essas são bactérias."

Exceto que, se você olha um pouquinho mais perto,

você vê, de fato, que essa coisa é muito pequena para ser qualquer coisa como isso.

Então ele estava convencido,

mas, de fato, a maioria das pessoas não está.

E então, é claro,

a NASA também tinha um anúncio importante,

e o presidente Clinton deu uma entrevista coletiva,

sobre essa surpreendente descoberta

de vida em um meteorito marciano.

Exceto pelo fato de que hoje em dia é altamente contraditória.

Se você atenta para as lições de todos esses quadros,

então você percebe, bem, de fato pode não ser tão fácil.

Talvez eu realmente precise

de uma definição de vida

para fazer esse tipo de distinção.

Então, vida pode ser definida?

O que vocês diriam?

É claro,

vocês iriam à Enciclopédia Britânica e abririam na letra V.

Não, é claro que vocês não fazem isso; vocês põem isso no Google.

Então você pode obter alguma coisa.

E aquilo que você pode obter --

e qualquer coisa que realmente se refira a coisas a que estamos acostumados,

você joga fora.

Então você pode descobrir algo como isto.

Diz alguma coisa complicada

com muitos e muitos conceitos.

Quem na Terra escreveria algo

tão intrincado, complexo

e sem nexo?

Oh, é na verdade um conjunto de conceitos muito, muito importante.

Estou destacando apenas umas poucas palavras

e dizendo que definições como essas

apoiam-se em coisas que não estão baseadas

em aminoácidos ou folhas

ou em qualquer coisa a que estejamos acostumados,

mas, de fato, apenas em processos.

E se você obsevar,

isso estava, na verdade, em um livro que escrevi que trata de vida artificial.

E isso explica por que

aquele gerente da NASA estava em meu escritório, para começar.

Porque a ideia era que, com conceitos como esse,

talvez possamos realmente produzir

uma forma de vida.

E se você se perguntar:

"O que, diabos, é vida artificial?",

deixe-me levá-lo por um passeio que é um turbilhão

sobre como tudo isso apareceu.

E começou um bom tempo atrás

quando alguém escreveu

um dos primeiros vírus de computador bem sucedido.

E para aqueles que não são muito velhos,

vocês não têm ideia de como essa infecção trabalhava --

notadamente, através desses disquetes.

Mas a coisa interessante sobre essas infecções virais de computador

era que, se você olha para o ritmo

com que a infecção trabalhava,

ele mostra esse comportamento pontiagudo

que conhecemos do vírus da gripe.

E isso, de fato, se deve à queda de braço

entre hackers e designers de sistemas operacionais

para que as coisas avancem e recuem.

E o resultado é um tipo de árvore da vida

desses vírus,

uma filogenia que se parece muito

com o tipo de vida a que estamos acostumados, ao menos no nível viral.

Então isso é vida? Não que eu saiba.

Por que? Porque essas coisas não evoluem por elas mesmas.

Na verdade, elas têm hackers que as escrevem.

Mas a ideia foi tomada muito rapidamente, um pouco depois,

quando um cientista trabalhando
no Instituto de Santa Fé decidiu:

"Por que não tentamos empacotar esses pequenos vírus

em mundos artificiais dentro do computador

e os deixamos evoluir?"

E esse era Steen Rasmussen.

Ele desenhou esse sistema, mas realmente não funcionou,

porque seus vírus estavam constantemente destruindo um ao outro.

Mas havia um outro cientista que observava isso, um ecologista.

Ele foi para casa e disse: "Sei como arrumar isso."

E ele escreveu o sistema Tierra,

e, em meu livro, é de fato um dos primeiros

sistemas de vida verdadeiramente artificial --

exceto pelo fato de que esses programas realmente não crescem em complexidade.

Então, tendo visto essa atividade, trabalhado um pouco nisso,

aqui é que apareço.

E decidi criar um sistema

que tenha todas a propriedades que são necessárias

para permitir a evolução da complexidade,

mais e mais problemas complexos constantemente evoluindo.

E, é claro, como não sei como escrever um código, tive ajuda nisso.

Eu tinha dois estudantes de graduação,

no Instituto de Tecnologia da Califórnia, que trabalharam comigo.

Esse é Charles Offria, à esquerda; Titus Brown, à direita.

Agora eles são professores respeitáveis

na Universidade Estadual de Michigan,

mas posso assegurar-lhes, àquela época,

não éramos uma equipe respeitável.

E fico realmente feliz que não tenham sobrevivido fotos

de nós três juntos em qualquer lugar.

Mas, como é esse sistema?

Bem, não posso realmente entrar em detalhes,

mas o que veem aqui é algo de suas entranhas.

O que eu queria focar

é esse tipo de estrutura populacional.

Há aproximadamente 10.000 programas assentados aqui.

E todas as cepas diferentes são colorizadas em cores diferentes.

E como podem ver aqui, há grupos que estão crescendo no topo um do outro,

porque estão se espalhando.

A qualquer tempo, surge um programa

que é melhor para sobreviver nesse mundo,

devido a seja lá qual for a mutação que ele adquiriu,

vai se espalhar sobre os outros e levá-los à extinção.

Vou mostrar-lhes um filme no qual vocês verão esse tipo de dinâmica.

E esses tipos de experimentos são iniciados

com programas que nós mesmos escrevemos.

Escrevemos nossas próprias coisas, nós as replicamos,

e estamos muito orgulhosos de nós mesmos.

E os pomos em ação, e o que você vê imediatamente

é que há ondas e ondas de inovação.

A propósito, isto está altamente acelerado,

então é como mil gerações por segundo.

Mas imediatamente o sistema se pergunta:

"Que tipo de pedaço de código idiota era esse?

Isso pode ser melhorado de tantas maneiras

tão rapidamente."

Então você vê ondas de novos tipos

sobrepujando os outros tipos.

E esse tipo de atividade prossegue por um bom tempo,

até que as principais coisas simples tenham sido adquiridas por esses programas.

Então, você vê um tipo de estagnação surgindo

na qual o sistema essencialmente espera

por um novo tipo de inovação, como esta,

que vai se espalhar

por sobre todas as outras inovações que existiam antes

e apaga os genes que tinha antes,

até que um novo tipo de um nível mais elevado de complexidade tenha sido alcançado.

E esse processo se repete sucessivamente.

Então, o que vemos aqui

é um sistema que vive

muito da maneira a que estamos acostumados à vida.

Mas o que o pessoal da NASA tinha me perguntado realmente

era: "Esses tipos

têm um bioassinatura?

Podemos medir esse tipo de vida?

Porque se podemos,

talvez tenhamos a chance de realmente descobrir vida em algum outro lugar

sem sermos influenciados

por coisas como aminoácidos."

Então eu disse: "Bem, talvez devêssemos construir

uma bioassinatura

baseada em vida como um processo universal.

De fato, ele deveria, talvez, fazer uso

dos conceitos que desenvolvi

para como que capturar

o que um simples sistema vivo poderia ser."

E a coisa que descobri --

primeiro tenho que dar-lhes uma introdução sobre a ideia,

e talvez isso fosse um detector de significado,

mais que um detector de vida.

E a forma como faríamos isso --

gostaria de descobrir como posso distinguir

texto que foi escrito por um milhão de macacos

em oposição a texto que está em nossos livros.

E gostaria de fazer isso de tal forma

que realmente eu não tivesse que ser capaz de ler o idioma,

porque tenho certeza de que não conseguirei.

Desde que eu saiba que há algum tipo de alfabeto.

Então este seria um gráfico de frequência

de quão frequentemente você encontra

cada uma das 26 letras do alfabero

num texto escrito por macacos aleatórios.

E obviamente cada uma dessas letras

ocorre, grosso modo, com frequência igual.

Agora, se você olha para a mesma distribuição em textos em inglês.

ela se parece com isso.

E digo a vocês, isso é muito forte ao longo de textos em inglês.

E se olho para textos em francês, parece um pouco diferente,

ou italiano, ou alemão.

Todos eles têm seu próprio tipo de distribuição de frequência,

mas é robusto.

Não importa se escrito sobre política ou sobre ciência.

Não importa se é um poema

ou um texto matemático.

É uma assinatura forte

e é muito estável.

Enquanto nossos livros forem escritos em inglês --

porque as pessoas estão reescrevendo-os e recopiando-os --

ela vai estar lá.

Então isso inspirou-me a pensar,

bem, e se eu tentar usar essa ideia

para, não detectar textos aleatórios

de textos com significado,

mas para detectar o fato de que há significado

nas biomoléculas que constroem a vida.

Mas primeiro tenho que perguntar:

quais são esses blocos construtores, como o alfabeto, elementos que lhes mostrei?

Bem, acontece que temos muitas alternativas diferentes

para tal conjunto de blocos construtores.

Poderíamos usar aminoácidos,

poderíamos usar ácidos nucleicos, ácidos carboxílicos, ácidos graxos.

De fato, a química é extremamente rica, e nosso corpo usa muitos deles.

Para que nós realmente, para testar essa ideia,

primeiro observei aminoácidos e alguns outros ácidos carboxílicos.

E aqui está o resultado.

Aqui está, de fato, o que você obtém

se você, por exemplo, olha para a distribuição de aminoácidos

em um cometa ou no espaço interstelar

ou, na verdade, em um laboratório,

onde você têm certeza de que em sua sopa primordial

não há coisa viva.

O que você encontra é principalmente glicina e alanina

e há alguns traços de outros elementos.

Isso também é muito forte --

o que você encontra em sistemas como a Terra

onde há aminoácidos,

mas não há vida.

Mas suponha que você pegue um pouco de solo

e cave nele

e ponha ponha em um desses espectrômetros

porque há bactéria em todo lugar;

ou você pega água de qualquer lugar na Terra,

porque está fervilhando de vida,

e você faz a mesma análise;

o espectro parece completamente diferente.

É claro, ainda há glicina e alanina,

mas, na verdade, há esses elementos pesados, esses aminoácidos pesados,

que estão sendo produzidos

porque eles são valiosos para o organismo.

E alguns outros

que não são usados no conjunto de 20,

não surgirão de forma nenhuma

em qualquer tipo de concentração.

Então isso também se torna extremamente forte.

Não importa que tipo de sedimento você está usando para estudar,

seja bactéria ou quaisquer outros, plantas ou animais.

Em qualquer lugar em que há vida,

você vai ter essa distribuição,

em oposição a esta distribuição.

E é detectável não apenas em aminoácidos.

Agora você poderia perguntar:

bem, e aqueles Avidianos?

Avidianos são aqueles habitantes do mundo do computador

onde estão perfeitamente felizes, replicando-se e crescendo em complexidade.

Esta é a distribuição que você obtém

se, na verdade, não há vida.

Eles têm aproximadamente 28 dessas instruções.

E se você tem um sistema no qual eles estão sendo substituídos um pelo outro,

é como a escrita de macacos em uma máquina de escrever.

Cada uma dessas instruções aparece

de modo geral com igual frequência.

Agora, se você pega um conjunto de tipos que se replicam,

como no vídeo que viram,

ele se parece assim.

Então há algumas instruções

que são extremamente valiosas para esses organismos,

e sua frequência vai ser alta.

E há realmente algumas instruções

que você usa apenas uma vez, se tanto.

Então, ou elas são venenosas

ou devem realmente ser usadas em menos do que o nível do acaso.

Nesse caso, a frequência é mais baixa.

E agora podemos entender, isto é realmente uma assinatura forte?

Posso dizer-lhes que certamente é,

porque esse tipo de espectro, exatamente como vocês viram nos livros,

exatamente como vocês viram nos aminoácidos,

não importa o quanto você mude o meio ambiente, é muito forte;

vai refletir o meio ambiente.

Então vou mostrar-lhes agora um pequeno experimento que fizemos.

E tenho que explicar a vocês,

o topo deste gráfico

mostra aquela frequência de distribuição de que falei.

Aqui, na realidade, o meio ambiente sem vida

onde cada instrução ocorre

com uma frequência igual.

E abaixo, eu mostro, na verdade,

o ritmo de mutação no meio ambiente.

E começo isso com um ritmo de mutação que é tão alto

que, mesmo que você lançasse

um programa de replicação

que, de outro modo iria crescer sem entraves

para preeencher o mundo todo,

se você o lança aí, ele sofre mutações até a morte imediatamente.

Então não há vida possível

nesse tipo de ritmo de mutação.

Mas, então, vou vagarosamente diminuir o calor, por assim dizer,

e daí existe esse portal de viabilidade

no qual agora seria possível

para um replicador realmente viver.

E, na verdade, vamos estar lançando esses tipos

nessa sopa o tempo todo.

Então vamos ver como fica.

Primeiro, nada, nada, nada.

Muito quente, muito quente.

Agora o portal de viabilidade é alcançado,

e a frequência de distribuição

muda dramaticamente e, de fato, se estabiliza.

E agora o que fiz aí,

estava sendo maldoso, aumentei o calor novamente e de novo.

E, é claro, ele alcança o portal de viabilidade.

Estou mostrando isso novamente porque é tão legal.

Você atinge o portal de viabilidade.

A distribuição muda para "vivo!"

Então, quando você atinge o limiar

em que o ritmo de mutação é tão alto

que você não pode se auto-reproduzir,

você não pode passar a cópia da informação

adiante para seus descendentes

sem cometer tantos erros

que sua habilidade de replicar-se desaparece.

Então essa assinatura está perdida.

O que aprendemos com isso?

Bem, penso que aprendemos um certo número de coisas com isso.

Uma delas é,

se somos capazes de pensar sobre vida

em termos abstratos --

e não estamos falando de coisas como plantas,

e não estamos falando de aminoácidos,

e não estamos falando de bactérias,

mas pensamos em termos de processos --

então poderíamos começar a pensar sobre vida,

não como algo que é tão especial à Terra,

mas isso, de fato, poderia existir em qualquer lugar.

Porque, na verdade, tem a ver apenas

com esses conceitos de informação,

estocar informação

dentro de substratos físicos --

qualquer coisa: bits, ácidos nucleicos,

qualquer coisa que seja um alfabeto --

e assegurar-se de que há algum processo

para que essa informação possa ser armazenada

por um prazo muito mais longo do que você esperaria

fosse o critério de tempo para deterioração da informação.

E se você pode fazer isso,

então você tem vida.

Então a primeira coisa que aprendemos

é que é possível definir vida

somente em termos somente de processos,

sem nenhuma referência

ao tipo de coisas que valorizamos,

da maneira como o tipo de vida na Terra é.

E isso de certa maneira remove de nós novamente,

como todas as nossas descobertas científicas, ou muitas delas --

é esse contínuo destronar o homem --

como pensamos que somos especiais porque estamos vivos.

Bem, podemos fazer vida. Podemos fazer vida no computador.

Com certeza, é limitada,

mas aprendemos o que é preciso

para realmente construí-la.

E uma vez que tenhamos isso,

então, não é mais uma tarefa tão difícil,

quer dizer, se entendemos os processos fundamentais

que não se referem a nenhum substrato em particular,

então podemos sair

e tentar outros mundos,

descobrir que tipos de alfabetos químicos possam existir,

descobrir bastante sobre a química normal,

a geoquímica do planeta,

para sabermos como seria essa distribuição

na ausência de vida,

e então procurar por grandes desvios disso --

essa coisa que se sobressai, que diz:

"Esse químico realmente não deveria estar aí."

Não sabemos se há vida então,

mas poderíamos dizer:

"Bem, no mínimo vou ter que observar muito precisamente esse químico

e ver o que vem daí."

E essa poderia ser nossa chance

de realmente descobrir vida

quando não podemos visualmente percebê-la.

E essa é realmente a única mensagem

que tenho para vocês.

A vida pode ser menos misteriosa

do que imaginamos que seja

quando tentamos pensar em como ela seria em outros planetas.

E se removemos o mistério da vida,

então penso que é um pouco mais fácil

para nós pensar em como vivemos,

e como, talvez, não sejamos tão especiais como pensamos que somos.

E vou deixá-los com isso.

E muito obrigado.

(Aplausos)